CZ307026B6 - A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups - Google Patents

A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups Download PDF

Info

Publication number
CZ307026B6
CZ307026B6 CZ2016-361A CZ2016361A CZ307026B6 CZ 307026 B6 CZ307026 B6 CZ 307026B6 CZ 2016361 A CZ2016361 A CZ 2016361A CZ 307026 B6 CZ307026 B6 CZ 307026B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
carboxybetaine
substrate
group
groups
biological
Prior art date
Application number
CZ2016-361A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2016361A3 (en
Inventor
Hana Lísalová
Eduard Brynda
Ivana Víšová
Milan Houska
František Surman
Kateřina Mrkvová
Song Xue Chadtová
Jiří Homola
Original Assignee
Ústav Fotoniky A Elektroniky Av Čr, V. V. I.
Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Fotoniky A Elektroniky Av Čr, V. V. I., Ústav makromolekulární chemie AV ČR, v. v. i. filed Critical Ústav Fotoniky A Elektroniky Av Čr, V. V. I.
Priority to CZ2016-361A priority Critical patent/CZ307026B6/en
Priority to PCT/CZ2017/050025 priority patent/WO2017215683A1/en
Publication of CZ2016361A3 publication Critical patent/CZ2016361A3/en
Publication of CZ307026B6 publication Critical patent/CZ307026B6/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54353Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals with ligand attached to the carrier via a chemical coupling agent

Abstract

The present invention relates to a method of preparation of a substrate surface containing carboxybetaine groups with bound bioactive substances, having resistance to undesirable deposition of biological media components on the substrate surface, comprising the steps of chemical activation of carboxybetaine groups on the surface of the substrate by converting the carboxybetaine carboxyl group into an active ester, covalent binding of a bioactive substance to some of the active esters, and reaction of the product from the previous step with an acid of general formula (I) NH2-(CH2-CH2-0)n-CH2-COOH, where n = 1 to 4, wherein the acid of general formula (I) reacts with those active esters, which have not undergone covalent bonding of the bioactive substance.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu přípravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové funkční skupiny s navázanými bioaktivními látkami, která zvyšuje rezistenci povrchu proti nežádoucí biologické depozici při kontaktu s biologickými médii.The invention relates to a process for preparing a surface of a substrate containing carboxybetaine functional groups with bound bioactive substances, which increases the surface resistance to undesirable biological deposition upon contact with biological media.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při styku prakticky všech běžných materiálů s biologickým médiem dochází na jejich povrchu k biologické depozici, tzv. fouling, začínající adsorpcí biologických molekul, hlavně proteinů, na které podle složení daného média mohou adherovat buňky a mikroorganismy následované dalšími biologickými procesy, jako je koagulace krve, zánětlivé a imunitní reakce nebo tvorba bakteriálních biofilmů. Výsledné biologické depozity mohou zhoršovat funkci materiálů a zařízení, která pracují v biologických médiích, jako jsou tělní tekutiny, média obsahující buňky, potraviny a média z biologických výrob a z biologického prostředí obecně. Problém je zvláště kritický pro materiály používané v kontaktu s krevním sérem, plazmou nebo krví. Proto jsou povrchy, které v biologických médiích brání nespecifické tvorbě biologických depozitů a současně umožňují navázání bioaktivních prvků zprostředkujících specifickou interakci povrchu s cílovými složkami biologického prostředí, velmi důležité pro mnoho biotechnologických a lékařských aplikací, např. jako biosenzory, membrány a částice pro separaci a akumulaci biologických látek a buněk, nosiče léčiv a diagnostické částice aplikované do krevního oběhu, materiály přicházející do kontaktu s krví a nosiče buněk, tzv. scaffolds, pro tkáňové inženýrství.When virtually all common materials come into contact with a biological medium, a biological fouling occurs on their surface, beginning with the adsorption of biological molecules, mainly proteins, to which cells and microorganisms can adhere, depending on the composition of the medium, followed by other biological processes such as blood coagulation. inflammatory and immune responses or bacterial biofilm formation. The resulting biological deposits may impair the function of materials and devices that operate in biological media, such as body fluids, media containing cells, food and media from biological productions, and the biological environment in general. The problem is particularly critical for materials used in contact with blood serum, plasma or blood. Therefore, surfaces that prevent the non-specific formation of biological deposits in biological media while allowing the binding of bioactive elements mediating specific surface interaction with target components of the biological environment are very important for many biotechnological and medical applications, such as biosensors, membranes and particles for separation and accumulation biological agents and cells, drug carriers and diagnostic particles applied to the bloodstream, materials in contact with blood, and cell carriers, scaffolds, for tissue engineering.

Za nejvíce odolné proti biologické deposici (tzv. antifouling) jsou v současné době považovány povrchy připravené roubováním hydrofilních elektroneutrálních polymerů, jako jsou neionogenní poly(oligo(hydroxyethylen glykol) methakrylát)) (polyHOEGMA), poly(2-hydroxyethyl methakrylát) (polyHEMA), poly(3-hydroxypropyl methakrylát) (polyHPMA), poly(A-(2-hydroxypropyl) methakrylamid) (polyHPMAA) a zwitteriontové poly(karboxybetain methakrylát) (polyCBMA) a poly(karboxybetain akrylamid) (polyCBAA), z povrchu substrátů (tzv. grafting from) pomocí povrchem iniciované radikálové polymerizace s přenosem atomu (SI ATRP). Výsledný kartáč polymemích řetězců, tzv. polymer brush, je vrstva hustě uspořádaných polymemích řetězců navázaných jedním koncem k povrchu. Kartáče z polyCBAA, polyCBMA a polyHPMAA jako jediné účinně potlačují i depozici z neředěné krevní plazmy a séra.At present, surfaces prepared by grafting hydrophilic electroneutral polymers such as non-ionic poly (oligo (hydroxyethylene glycol) methacrylate)) (polyHOEGMA), poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (polyHEMA) are considered to be most resistant to biological deposition (antifouling). , poly (3-hydroxypropyl methacrylate) (polyHPMA), poly (A- (2-hydroxypropyl) methacrylamide) (polyHPMAA) and zwitterionic poly (carboxybetain methacrylate) (polyCBMA) and poly (carboxybetain acrylamide) (polyCBAA), from substrate surfaces ( by surface-initiated atomic transfer polymerization (SI ATRP). The resulting polymer brush is a layer of densely arranged polymer chains bonded to the surface at one end. PolyCBAA, polyCBMA and polyHPMAA brushes are the only brushes that effectively suppress the deposition of undiluted blood plasma and serum.

Alternativní metodou je připojení polymerních řetězců připravených polymerací v roztoku k povrchu (tzv. grafting to). Menší hustota polymerních řetězců dosahovaná v kartáčích připravených touto metodou oproti kartáčům připraveným metodou „grafting from poskytuje povrchu slabší odolnost proti biologické depozici.An alternative method is to graft it to polymer chains prepared by solution polymerization. The lower density of polymer chains achieved in brushes prepared by this method compared to brushes prepared by the "grafting from" method provides the surface with less resistance to biological deposition.

Ještě slabší odolnost zejména proti depozici z krevní plazmy a séra poskytují často používané vrstvy karboxymethyldextranu nebo povlaky ze samoorganizovaných monovrstev (SAMs) ze směsi molekul (CHajiýEOjja (CH2)n(EO)6OOH, kde EO je ethylenoxid, jejichž povrch je tvořen hustě uspořádanými oligoethylenoxidy obsahujícími v některých pozicích karboxylové skupiny používané pro navázání bioaktivních látek.Even weaker resistance especially to plasma and serum deposition is provided by frequently used carboxymethyldextran layers or coatings of self-organized monolayers (SAMs) from a mixture of molecules (CH 2 O 3 O 2 (CH 2) n (EO) 6 OOH, where EO is ethylene oxide. oligoethylene oxides containing, in some positions, carboxyl groups used to bind bioactive substances.

Pro navázání bioaktivních látek na neionogenní polymemí řetězce je používána aktivace hydroxylových skupin v jejich postranních řetězcích. Zbytkové produkty této aktivace, které zůstávají na polymerech po navázání bioaktivních látek, do velké míry zhoršují odolnost kartáčů proti biologické depozici. Povrchy s požadovanou biologickou aktivitou a lepší odolností proti depozici byly připraveny navázáním bioaktivních látek na kartáče z polyCBMA nebo polyCBAA, mající karboxybetainové zwitterionty jako postranní skupiny polymerních řetězců. KartáActivation of the hydroxyl groups in their side chains is used to bind bioactive substances to non-ionic polymer chains. The residual products of this activation, which remain on the polymers after the binding of the bioactive substances, greatly impair the resistance of the brushes to biological deposition. Surfaces with the desired biological activity and better resistance to deposition were prepared by binding bioactive substances to polyCBMA or polyCBAA brushes having carboxybetaine zwitterions as side groups of polymer chains. Card

- 1 CZ 307026 B6 če z polyCBMA a polyCBAA s bioaktivními látkami navázanými na karboxybetainové postranní skupiny polymerů jsou zahrnuty mimo jiné v dokumentech US 2014/0 370 567 a US 2013/0 244 249. Patentová přihláška PV 2015-313 popisuje kartáče z poly(HPMAA-coCBMAA) roubované kopolymerizací monomerů HPMAA a karboxybetainakrylamidu (CBMAA) z povrchu různých substrátů včetně polymemích nanočástic a navázání bioaktivních látek na jejich aktivované karboxybetainové skupiny. WO 2016/177 354, která navazuje na PV 2015-313, zahrnuje i přípravu kartáčů z poly(HPMAA-co-CBMAA) připravených polymerací v roztoku a kovalentně roubovaných na povrch substrátu. Ke stavu techniky patří i hydrogely z kopolymerů poly(HEMA-co-CBMAA) odolné proti biologické depozici (Kostina, et al., Biomacromolecules 2012, 13, 4164—4170) nebo sorbenty, jejichž povrch je modifikován připojením karboxybetainových zwitteriontů (WO 2014/165 421 Al).PolyCBMA and polyCBAA with bioactive substances attached to carboxybetain side groups of polymers are included, inter alia, in US 2014/0 370 567 and US 2013/0 244 249. Patent application PV 2015-313 discloses poly ( HPMAA-coCBMAA) grafted by copolymerization of HPMAA monomers and carboxybetainacrylamide (CBMAA) from the surface of various substrates including polymer nanoparticles and binding of the bioactive agents to their activated carboxybetain groups. WO 2016/177 354, which follows PV 2015-313, also includes the preparation of poly (HPMAA-co-CBMAA) brushes prepared by solution polymerization and covalently grafted to the substrate surface. BACKGROUND OF THE INVENTION Biodegradable poly (HEMA-co-CBMAA) copolymers (Kostina, et al., Biomacromolecules 2012, 13, 4164—4170) or sorbents whose surface is modified by the attachment of carboxybetain zwitterions (WO 2014 / 165,421 A1).

Bioaktivní látky obsahující jednu nebo více aminoskupin se na karboxybetainové skupiny navazují prakticky výhradně reakcí s karboxylem karboxybetainového zwitteriontů, který se napřed aktivuje na meziprodukt snadno reagující s nukleofilní aminoskupinou navazované bioaktivní látky. Tato aktivace se provádí převážně reakcí s různými N-substituovanými karbodiimidy (DCI) za vzniku aktivního esteru O-acylisomočoviny. Tento meziprodukt však má ve vodném prostředí extrémně nízkou životnost a rychle se hydrolyzuje, takže vazebná reakce s aminoskupinou má nedostatečný výtěžek. Z tohoto důvodu se reakce provádí v přítomnosti /V-hydroxysukcinimidu (NHS) nebo jeho derivátů, který rychle reaguje s O-acylisomočovinou za vzniku aktivního NHS-esteru. NHS-ester má vyšší reaktivitu vůči aminoskupině než O-acylisomočovinu aje stabilnější vůči hydrolýze, takže se lépe dosahuje požadovaného výtěžku. Reakce NHS-aktivního esteru i O-acylisomočoviny s aminoskupinou vede v obou případech ke stejné vazbě bioaktivní látky na karboxybetainovou skupinu amidickou vazbou.Bioactive substances containing one or more amino groups are bound to the carboxy betaine groups practically exclusively by reaction with the carboxy betaine zwitterionic carboxyl which is first activated to an intermediate readily reacting with the nucleophilic amino group of the linked bioactive substance. This activation is mainly carried out by reaction with various N-substituted carbodiimides (DCI) to form the active ester of O-acylisourea. However, this intermediate has an extremely low lifetime in the aqueous environment and is rapidly hydrolyzed, so that the amino-coupling reaction has an insufficient yield. For this reason, the reaction is carried out in the presence of N-hydroxysuccinimide (NHS) or its derivatives, which reacts rapidly with O-acylisourea to form the active NHS-ester. The NHS ester has a higher reactivity to the amino group than O-acylisourea and is more stable to hydrolysis, so that the desired yield is better achieved. Reaction of both the NHS-active ester and the O-acylisourea with an amino group leads in both cases to the same binding of the bioactive agent to the carboxybetain group by an amide bond.

Nezreagované NHS-aktivní estery vytvořené aktivací 1—ethyl—3—(3— dimethylaminopropyl)karbodiimid/A-hydroxysukcinimidem (EDC/NHS) pouze karboxylových skupin (nikoli karboxybetainů), např. na povrchu výše zmíněných SAMs, se ve vodném prostředí samovolně hydrolyzují zpět na karboxylové skupiny. Deaktivace NHS-aktivních esterů zlepšuje odolnost povrchu vůči depozici biologických látek, proto je často pro lepší zajištění deaktivace aktivních esterů, zbylých po navázání bioaktivních substancí na karboxylové skupiny v SAMs nebo karboxymethyldextranu, používána inkubace s roztokem ethanolaminu (US 5 561 069 A). Popsána byla také deaktivace aldehydových skupin na modifikovaném polyethylenglykolu, PEG-CH=O, reakcí s ethanolaminem a glycinem (Wildling et al. Bioconjugate Chem. 2011, 22, 1239-1248), nicméně deaktivace glycinem vedla v porovnání s ethanolaminem ke zvýšení nespecifické depozice, zřejmě v důsledku zavedení nadbytečného náboje karboxylu.Unreacted NHS-active esters formed by activation of 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide / N-hydroxysuccinimide (EDC / NHS) of only carboxyl groups (not carboxybetaines), eg on the surface of the above SAMs, self-hydrolyze back to carboxyl groups. Deactivation of NHS-active esters improves surface resistance to biological deposition, therefore, incubation with ethanolamine solution (US 5,561,069 A) is often used to better inactivate the active esters remaining after the binding of bioactive substances to carboxyl groups in SAMs or carboxymethyldextran. Deactivation of aldehyde groups on modified polyethylene glycol, PEG-CH = O, by reaction with ethanolamine and glycine has also been reported (Wildling et al. Bioconjugate Chem. 2011, 22, 1239-1248), however, glycine deactivation resulted in an increase in non-specific deposition compared to ethanolamine. , possibly due to the introduction of excess carboxyl charge.

Přestože se obecně předpokládalo, že meziprodukty O-acylisomočovina i NHS-aktivní estery, které nezreagovaly s aminoskupinou, se po vazebné reakci mohou kvantitativně hydrolyzovat zpět na karboxylové skupiny, k regeneraci karboxylových skupin karboxybetainových zwitteriontů po aktivaci metodou DCI/NHS samovolnou hydrolýzou nedochází. Naše studie založené na reflexní IČ spektroskopii ukázaly, že v případě po aktivaci karboxybetainů reakcí s 1—ethyl—3— (3-dimethylaminopropyl)karbodiimidem (EDC), který je nejčastěji používaným DCI, a NHS nedochází ke kvantitativní regeneraci karboxylových skupin, a to ani dlouhodobým působením vodných roztoků s různým složením elektrolytů, iontovou silou a pH.Although it was generally believed that both the O-acylisourea intermediates and the NHS-active esters that did not react with the amino group can be quantitatively hydrolyzed back to the carboxyl groups after the coupling reaction, the carboxyl groups of the carboxybetain zwitterions are not regenerated by DCI / NHS activation. Our studies based on reflective IR spectroscopy have shown that there is no quantitative regeneration of carboxyl groups when carboxybetaines are reacted with 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC), which is the most commonly used DCI, and NHS does not or by prolonged exposure to aqueous solutions with different electrolyte compositions, ionic strength and pH.

Vzhledem k míře a šíři použití karboxybetainových skupin pro navázání biologicky aktivních látek na různé povrchy se regenerace nezreagovaných aktivních esterů na molekulu zakončenou karboxylovou skupinou jeví jako klíčová pro snížení biologické depozice (fouling) na těchto površích.Given the extent and breadth of use of carboxybetaine groups to bind biologically active substances to various surfaces, the regeneration of unreacted active esters to a carboxy-terminated molecule appears to be key to reducing the fouling of these surfaces.

US 7 943 370 B2 popisuje přípravu povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny převedením karboxybetainů na aktivní ester, kovalentním navázáním bioaktivní látky a deaktivaci nezreagovaných aktivních esterů pomocí glycinu nebo β—alaninu. Dokumenty Chou Y.-N. a kol, Acta Biomaterialia 2016, 40, 31 - 37 a Vaisocherová H. a kol., Biosensors and BioelectroUS 7 943 370 B2 describes the preparation of the surface of a substrate containing carboxybetaine groups by converting the carboxybetaine to the active ester, covalently binding the bioactive agent and deactivating unreacted active esters with glycine or β-alanine. Documents Chou Y.-N. et al., Acta Biomaterialia 2016, 40, 31-37 and Vaisocherová H. et al., Biosensors and Bioelectro

-2CZ 307026 B6 nics 2014, 51, 150- 157 popisují přípravu povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny převedením karboxybetain na aktivní ester, kovalentním navázáním bioaktivní látky a deaktivaci nezreagovaných aktivních esterů pomocí glycinu. WO 2009/130 233 Al popisuje přípravu halogenovaných povrchů s potenciálním obsahem karboxybetainových skupin převedením karboxylové skupiny na aktivní ester, kovalentní navázání bioaktivní látky a deaktivaci nezreagovaných aktivních esterů pomocí glycinu. Vaisocherová H. a kol., Biosensors and Bioelectronics 2014, 51, 150 - 157 popisují přípravu povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny převedením karboxybetainu na aktivní ester, kovalentní navázání bioaktivní látky a deaktivaci nezreagovaných aktivních esterů pomocí glycinu.-2E 307026 B6 nics 2014, 51, 150-157 discloses the preparation of the surface of a substrate containing carboxybetaine groups by converting the carboxybetaine to the active ester, covalently binding the bioactive agent and deactivating unreacted active esters with glycine. WO 2009/130 233 A1 describes the preparation of halogenated surfaces with a potential content of carboxybetaine groups by converting the carboxyl group into an active ester, covalently binding the bioactive agent and deactivating unreacted active esters with glycine. Vaisocher, H. et al., Biosensors and Bioelectronics 2014, 51, 150-157 describe the preparation of a substrate containing carboxybetaine groups by converting the carboxybetaine to the active ester, covalently binding the bioactive agent and deactivating unreacted active esters with glycine.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Předkládaný vynález se týká regenerace aktivních esterů karboxybetainových skupin způsobem přípravy povrchu substrátu, obsahujícího karboxybetainové funkční skupiny, který vede k nahrazení nezreagovaných aktivních esterů, zbylých po navázání bioaktivní látky na některé z aktivovaných karboxybetainových zwitteriontů, kyselinou (2-aminoethoxy)octovou. Části výrobku nebo zařízení, jejichž povrch má vykonávat nějakou aktivní funkci v biologickém médiu, která by mohla být ovlivněna biologickou depozicí, a jejichž povrch obsahuje karboxybetainové skupiny, mohou být z organických i anorganických materiálů, mohou mít libovolnou morfologii, např. částice, membrány, trubky, hadičky, destičky, porézní materiál, sítě vláken, a různé použití v kontaktu s biologickým médiem, např. jako biosenzory, afínitní částice a membrány pro separaci a akumulaci biologických látek, cílené nosiče pro dopravu léčiv, biomateriály pro tkáňové inženýrství, antitrombogenní materiály pro kontakt s krví.The present invention relates to the regeneration of active carboxybetain group esters by a method of preparing a substrate surface containing carboxybetain functional groups which results in the replacement of unreacted active esters remaining after binding of the bioactive agent to some of the activated carboxybetain zwitterions with (2-aminoethoxy) acetic acid. Parts of a product or device whose surface is to perform an active function in a biological medium that could be affected by biological deposition, and whose surface contains carboxybetaine groups, may be of organic or inorganic materials, may have any morphology, eg particles, membranes, tubes, hoses, wafers, porous material, fiber networks, and various uses in contact with biological media, such as biosensors, affinity particles and membranes for separation and accumulation of biologicals, targeted drug delivery carriers, tissue engineering biomaterials, antithrombogenic materials for blood contact.

Předkládaný vynález spočívá v tom, že ihned po aktivaci karboxybetainových skupin a navázání biologicky aktivních látek se povrch substrátu inkubuje s roztokem kyseliny (2-aminoethoxy)octové. Během této inkubace koncová aminoskupina této molekuly reaguje s aktivními estery, které nebyly spotřebovány při předchozím navázání biologicky aktivních látek. Volná karboxylová skupina v části molekuly, která nahradila aktivní ester, vytvoří nový zwitteriont s kationtem kvartémího dusíku zbylým po aktivaci původní karboxylové skupiny. Uvedeným postupem je neutralizována reaktivita zbytkových aktivních esterů a současně kompenzován kladný náboj kationtů kvartémího dusíku a tím opět zvýšena odolnost povrchu proti biologické depozici. Technický efekt způsobu přípravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové funkční skupiny se projeví zejména (ale nikoliv pouze) u polymemích kartáčů s vysokou hustotou polymemích řetězců obsahujících karboxybetainové postranní skupiny. Malé molekuly aktivačních reagentů mohou pronikat mezi polymemí řetězce a reagovat s karboxybetainy v celém objemu kartáče, zatímco pro navázání velkých bioaktivních látek, např. proteinů, jsou dostupné pouze karboxybetainy blízko povrchu vrstvy.The present invention consists in immediately after the activation of the carboxybetaine groups and the binding of biologically active substances, the substrate surface is incubated with a (2-aminoethoxy) acetic acid solution. During this incubation, the terminal amino group of this molecule reacts with active esters not consumed upon prior binding of the biologically active substances. The free carboxyl group in the portion of the molecule that replaced the active ester forms a new zwitterion with a quaternary nitrogen cation remaining after activation of the original carboxyl group. This procedure neutralizes the reactivity of residual active esters and at the same time compensates for the positive charge of the quaternary nitrogen cations, thus again increasing the surface resistance to biological deposition. The technical effect of the process of preparing the surface of a substrate containing carboxybetaine functional groups is particularly (but not limited to) high-density polymeric brushes containing carboxybetaine side groups. Small activating agent molecules can penetrate between the polymer chain and react with carboxybetains throughout the brush volume, whereas only carboxybetains near the surface of the layer are available for binding large bioactive substances, eg proteins.

Předmětem předkládaného vynálezu je způsob přípravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny, se zvýšenou odolností proti nežádoucí depozici složek biologických médií na povrch substrátu, obsahující kroky:It is an object of the present invention to provide a surface preparation of a substrate containing carboxybetaine groups, with increased resistance to undesirable deposition of biological media components on the substrate surface, comprising the steps of:

a) chemická aktivace karboxybetainových skupin na povrchu substrátu převedením karboxylové skupiny karboxybetainu na aktivní ester;(a) chemical activation of carboxybetain groups on the surface of the substrate by converting the carboxyl group of the carboxybetain to the active ester;

b) kovalentní navázání bioaktivní látky reakcí její aminoskupíny s aktivním esterem připraveným v kroku a);b) covalently attaching the bioactive agent by reacting its amino group with the active ester prepared in step a);

přičemž po kroku b) se provede krok c), ve kterém produkt z kroku b) reaguje s kyselinou (2aminoethoxy)octovou,wherein after step b), step c) is carried out in which the product of step b) is reacted with (2-aminoethoxy) acetic acid,

-3 CZ 307026 B6 kdy s kyselinou (2-aminoethoxy)octovou reagují aktivní estery, na nichž nedošlo v kroku b) ke kovalentnímu navázání bioaktivní látky. S výhodou se krok c) provede při zásaditém pH, výhodněji při pH v rozmezí od 7,5 do 9, nej výhodněji při pH 8.Wherein the active esters are reacted with (2-aminoethoxy) acetic acid and the bioactive agent is not covalently bound in step b). Preferably, step c) is carried out at basic pH, more preferably at a pH in the range of 7.5 to 9, most preferably at pH 8.

Karboxybetainové skupiny mohou být buď přímo součástí materiálu substrátu, nebo mohou být připojeny k povrchu substrátu, např. jako součást molekul naroubovaných na povrch substrátu nebo substrát může být pokryt vrstvou obsahující tyto skupiny, např. polymemím kartáčem připraveným povrchem iniciovanou polymerací z povrchu substrátu (grafting from) nebo připraveným připojením polymemích řetězců připravených polymerací v roztoku k povrchu (grafting to).The carboxybetaine groups may either be directly part of the substrate material or may be attached to the surface of the substrate, eg as part of molecules grafted to the surface of the substrate, or the substrate may be coated with such groups, eg polymer brush prepared by surface initiation or prepared by attaching polymer chains prepared by solution polymerization to a surface (grafting to).

Karboxybetainové skupiny jsou odborníkovi v oboru dobře známé a jsou obecně definované jako neutrální chemické skupiny obsahující kvartérní amoniový kationt, který nenese žádný vodíkový atom, a negativně nabitou karboxylovou skupinu, která nesousedí přímo s kvartémím amoniovým kationtem (IUPAC, Compendium of Chemical Terminology).Carboxybetaine groups are well known to the person skilled in the art and are generally defined as neutral chemical groups comprising a quaternary ammonium cation which carries no hydrogen atom and a negatively charged carboxyl group not adjacent to the quaternary ammonium cation (IUPAC, Compendium of Chemical Terminology).

Substrátem se pro účely předkládaného vynálezu rozumí objekt, který je odolný proti depozici složek biologických médií, nebo který je třeba pokrýt polymemí vrstvou propůjčující mu odolnost proti depozici složek biologických médií (lze na něj naroubovat polymemí kartáč, nebo na něj lze nanést polymemí povlak). Substrátem tak může být:For the purposes of the present invention, a substrate is an object that is resistant to the deposition of biological media components or that needs to be coated with a polymeric layer conferring it resistance to the deposition of biological media components (can be grafted onto a polymer brush or coated with a polymeric coating). Thus, the substrate may be:

(1) objekt, jehož povrch je pokryt vrstvou polymemího kartáče roubovanou z povrchu (grafting from) živou radikálovou polymerizací, viz PV 2015-313 a WO 2016/177 354, (2) objekt, jehož povrch je pokryt vrstvou polymerů připravených v roztoku a následně připojených k povrchu kovalentní vazbou nebo fyzikální adsorpcí (grafting to), viz WO 2016/177 354, (3) objekt, jehož povrch je pokryt polymerací iniciovanou radikály vytvořenými chemickou nebo fyzikální aktivací povrchu objektu, (4) objekt, jehož povrch je povlečen adherující vrstvou polymerů nanesenou z roztoku (polymerní povlak), (5) objekt, jehož povrch lze modifikovat navázáním molekuly obsahující karboxybetainové zwitterionty, (6) objekt, který obsahuje karboxybetainové zwitterionty ve své struktuře, např. polymemí gel, kde některé monomerní jednotky obsahují karboxybetainové zwitterionty.(1) an object whose surface is coated with a grafting from polymer surface brushing by live radical polymerization, see PV 2015-313 and WO 2016/177 354, (2) an object whose surface is coated with a layer of polymers prepared in solution and subsequently attached to the surface by covalent bonding or physical adsorption (see graphing to), see WO 2016/177 354, (3) an object whose surface is covered by radical initiated polymerization generated by chemical or physical activation of the object surface, (4) (5) an object whose surface can be modified by binding a molecule containing carboxybetain zwitterions, (6) an object that contains carboxybetain zwitterions in its structure, eg a polymer gel, where some monomer units contain carboxybetain zwitterionty.

Polymemí vrstvy vytvořené na objektech (1), (2), (3) a (4) vždy obsahují alespoň jeden homopolymer nebo kopolymer obsahující karboxybetainové zwitterionty v bočních řetězcích. Ve vrstvách na objektech (2) a (4) mohou být polymery obsahující karboxybetainové zwitterionty ve směsi s hydrofilními polymery, s výhodou vybranými z polyHPMAA, polyHOEGMA, polyHEMA, a polyHPMA.The polymer layers formed on objects (1), (2), (3) and (4) each comprise at least one homopolymer or copolymer containing carboxybetaine zwitterions in the side chains. In the layers on objects (2) and (4), polymers containing carboxybetain zwitterions may be mixed with hydrophilic polymers, preferably selected from polyHPMAA, polyHOEGMA, polyHEMA, and polyHPMA.

S výhodou jsou vrstvy na objektech (1), (2), (3) a (4) vytvořené z homopolymeru vybraného ze skupiny zahrnující polyCBMAA, polyCBMA a polyCBAA nebo z kopolymeru poly(A-co-B), kde A je monomerní jednotka vybraná ze skupiny obsahující HPMAA, HOEGMA, HEMA, HPMA a B je monomerní jednotka v koncentraci 1 až 99 mol. %, vybraná ze skupiny obsahující CBMAA, CBMA, CBAA.Preferably, the layers on objects (1), (2), (3) and (4) are formed from a homopolymer selected from the group consisting of polyCBMAA, polyCBMA and polyCBAA or a poly (A-co-B) copolymer wherein A is a monomer unit selected from the group consisting of HPMAA, HOEGMA, HEMA, HPMA and B is a monomer unit at a concentration of 1 to 99 mol. % selected from the group consisting of CBMAA, CBMA, CBAA.

Tvar, rozměry, morfologie a chemická povaha substrátu není rozhodující, může se jednat o planámí či různě tvarované objekty, trubice, vlákna, částice, membrány, mikročástice, nanočástice, porézní materiály, kovy, křemík, materiály na bázi křemičitanů či hlinitokřemičitanů (např. sklo), polymery, anorganické materiály, apod.The shape, dimensions, morphology and chemical nature of the substrate is not critical, such as flame or variously shaped objects, tubes, fibers, particles, membranes, microparticles, nanoparticles, porous materials, metals, silicon, silicate or aluminosilicate based materials (e.g. glass), polymers, inorganic materials, etc.

-4CZ 307026 B6-4GB 307026 B6

Biologické médium je pro účely předkládaného vynálezu tekutina obsahující biologické látky, tj. biomolekuly a jejich asociáty (proteiny, sacharidy, polysacharidy lipidy, nukleové kyseliny, lipoproteiny, glykoproteiny, organely atd.), viry, buňky, mikroorganismy a jejich fragmenty. Biologickým médiem je tedy např. krev a ostatní tělní tekutiny, krevní plazma a sérum, tkáňové extrakty, buněčné lyzáty a suspense, potravinové extrakty.For the purposes of the present invention, a biological medium is a fluid containing biological substances, ie, biomolecules and their associates (proteins, carbohydrates, polysaccharides lipids, nucleic acids, lipoproteins, glycoproteins, organelles, etc.), viruses, cells, microorganisms and fragments thereof. Thus, the biological medium is, for example, blood and other body fluids, blood plasma and serum, tissue extracts, cell lysates and suspensions, food extracts.

Bioaktivní (biologicky aktivní) látkou v předkládaném vynálezu je látka, obsahující alespoň jednu NH2 skupinu, selektivně interagující s cílovou složkou biologického média. Bioaktivní látka může mít afinitu k cílové složce, typicky je bioaktivní látkou přírodní protilátka, antigen, lektin a buněčný receptor a jejich umělé analogy a části připravené rekombinantní technikou a syntetické oligopeptidové sekvence, nukleové kyseliny a jejich části a syntetické oligonukleotidové sekvence a aptamery. Bioaktivní látka může katalyzovat chemickou přeměnu cílové látky, např. enzym, koenzym a jejich syntetické analogy. Nebo může bioaktivní látka vyvolávat biologickou odezvu, jako např. antikoagulant, např. heparin, proteiny a oligopeptidové sekvence reagující s buněčnými integriny, růstové faktory, hormony, a deriváty léčiv a vitamínů. Bioaktivními látkami mohou být také například nanočástice funkcionalizované NH2 skupinou, zejména kovové, polymemí, silikonové nanočástice, nanočástice na bázi oxidů kovů či polymemí nanočástice s magnetickým jádrem.A bioactive (biologically active) substance in the present invention is a substance containing at least one NH 2 group, selectively interacting with a target component of the biological medium. The bioactive agent may have affinity for the target component, typically the bioactive agent is a natural antibody, antigen, lectin, and cell receptor, and artificial analogues and recombinantly prepared portions thereof, and synthetic oligopeptide sequences, nucleic acids and portions thereof, and synthetic oligonucleotide sequences and aptamers. A bioactive agent can catalyze the chemical conversion of a target agent, eg, an enzyme, a coenzyme, and synthetic analogues thereof. Alternatively, the bioactive agent may elicit a biological response, such as an anticoagulant, e.g., heparin, proteins and oligopeptide sequences responsive to cellular integrins, growth factors, hormones, and drug and vitamin derivatives. The bioactive substances can also be, for example, nanoparticles functionalized by the NH 2 group, in particular metal, polymer, silicone nanoparticles, metal oxide nanoparticles or magnetic core polymer nanoparticles.

Aktivní ester karboxybetainu je produkt reakce karboxylové skupiny karboxybetainu s Nsubstituovanými karbodiimidy, tj. O-acylmočovina, a/nebo produkt reakce karboxylové skupiny karboxybetainu s N-substituovanými karbodiimidy a /V-hydroxysukcinimidem (NHS) nebo jeho deriváty, s výhodou je aktivním esterem NHS-ester nebo sulfo NHS-ester.The active ester of carboxybetaine is the product of the reaction of the carboxyl group of the carboxybetaine with N-substituted carbodiimides, i.e. O-acylurea, and / or the reaction product of the carboxy group of the carboxybetaine with N-substituted carbodiimides and N-hydroxysuccinimide (NHS) or derivatives thereof. ester or sulfo NHS ester.

Ve výhodném provedení se krok c) provede tak, že se nejprve produkt z kroku b) opláchne pufrem, který byl použit jako rozpouštědlo v kroku b), následně se opláchne pufrem, který bude použit v následujícím kroku k inkubaci, s výhodou je takovým pufrem pufr o pH 8, následně se produkt inkubuje s roztokem kyseliny (2-aminoethoxy)octové v pufru, následně se opláchne pufrem předtím použitým k inkubaci, a následně se opláchne roztokem, do kterého je pak vložen pro skladování, nebo vodou a vysuší se.In a preferred embodiment, step c) is carried out by first rinsing the product of step b) with the buffer used as solvent in step b), followed by rinsing with the buffer that will be used in the next step for incubation, preferably such a buffer buffer of pH 8, then the product is incubated with a solution of (2-aminoethoxy) acetic acid in buffer, followed by rinsing with the buffer previously used for incubation, followed by rinsing with the solution into which it is then placed for storage or water and dried.

V jednom provedení jsou karboxybetainové skupiny obsaženy v polymemí vrstvě na povrchu substrátu jako polymemí kartáč, připravený polymerací z povrchu nebo roubováním polymerů na povrch substrátu, nebo polymemí povlak, s výhodou má tato vrstva tloušťku v rozmezí od 5 nm do 5 pm.In one embodiment, the carboxybetaine groups are contained in the polymer layer on the substrate surface as a polymer brush prepared by polymerizing or grafting polymers onto the substrate surface, or the polymer coating, preferably the layer has a thickness in the range of 5 nm to 5 µm.

Ve výhodném provedení je polymemí vrstvou obsahující karboxybetainové skupiny polymemí kartáč z polyCBMAA, polyCBMA, polyCBAA nebo poly(HPMAA-co-CBMAA/x mol. %),kde x (molámí koncentrace CBMAA) je v rozmezí od 1 mol. % do 99 mol. %. S výhodou má tato vrstva tloušťku v rozmezí od 5 nm do 5 pm.In a preferred embodiment, the polymer layer containing carboxy betaine groups is a polymer brush of polyCBMAA, polyCBMA, polyCBAA or poly (HPMAA-co-CBMAA / x mol%), wherein x (molar CBMAA concentration) is in the range of 1 mol. % to 99 mol. %. Preferably, the layer has a thickness in the range of 5 nm to 5 µm.

V jednom provedení je substrát vybraný ze skupiny zahrnující částice, porézní membrány, nosiče buněk (scaffolds) a biosenzory.In one embodiment, the substrate is selected from the group consisting of particles, porous membranes, scaffolds, and biosensors.

Částice jsou s výhodou z materiálu vybraného ze skupiny obsahující zlato, stříbro, magnetické materiály, křemík, SiO2, polymery, spadají do definice substrátu (1) až (6) a mají s výhodou průměr od 5 nm do 1 mm. Částice s bioaktivními látkami navázanými na aktivované karboxybetainové skupiny na povrchu částic včetně vnitřního povrchu porézních částic jsou aplikovatelné jako nosiče pro cílenou terapii a diagnostiku in vivo, separaci a akumulaci biologických látek a enzymatickou katalýzu v bioreaktorech.The particles are preferably of a material selected from the group consisting of gold, silver, magnetic materials, silicon, SiO 2 , polymers, falling within the definition of substrate (1) to (6) and preferably have a diameter of 5 nm to 1 mm. Particles with bioactive agents bound to activated carboxybetain groups on the particle surface, including the inner surface of the porous particles, are useful as carriers for targeted therapy and in vivo diagnostics, biological substance separation and accumulation, and enzymatic catalysis in bioreactors.

Porézní membrány jsou membrány určené pro afínitní separaci biologických látek z biologických médií.Porous membranes are membranes designed for affinity separation of biological substances from biological media.

-5CZ 307026 B6-5GB 307026 B6

Nosiče buněk (scaffolds) jsou odborníkovi v oboru dobře známé, jejich využití je např. pro tkáňové inženýrství (viz např.Cell carriers (scaffolds) are well known to those skilled in the art, for example, for use in tissue engineering (see e.g.

http://ww.wikiskripta.eu/index.php/Tk%C3%A1%C5%88ov%C3%A9_in%C5%BEen%C3%BDr stv%C3%AD).http://wikiskripta.eu/index.php/Tk%C3%A1%C5%88ov%C3%A9_in%C5%BEen%C3%BDr stv% C3% AD).

V jednom provedení je substrátem detekční povrch biosenzoru pro přímou detekci nebo vícestupňovou detekci analytů v komplexních biologických médiích, např. pomocí optických nebo hmotnostních biosenzorů. S výhodou je detekční povrch pokryt polymemím kartáčem z polyCBMAA, polyCBMA, polyCBAA nebo poly(HPMAA-co-CBMAA) s navázanými bioreceptory. Bioreceptory v této aplikaci jsou bioaktivní láky mající selektivní afinitu k cílovým složkám analyzovaného média.In one embodiment, the substrate is a biosensor detection surface for direct detection or multi-stage detection of analytes in complex biological media, eg, by optical or mass biosensors. Preferably, the detection surface is coated with a polymeric brush of polyCBMAA, polyCBMA, polyCBAA or poly (HPMAA-co-CBMAA) with bound bioreceptors. Bioreceptors in this application are bioactive agents having selective affinity for the target components of the medium to be analyzed.

V jednom provedení je substrát určený pro kontakt s krví in vitro, ex vivo a in vivo.In one embodiment, the substrate is for contact with blood in vitro, ex vivo, and in vivo.

Způsob přípravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny podle předkládaného vynálezu, který má zvýšenou odolnost proti nežádoucí depozici složek biologických médií na povrch substrátu, poskytuje velmi rychlé, levné a efektivní zmírnění problémů s depozicí nežádoucích složek biologických médií oproti řešením nabízeným v dosavadním stavu techniky.The method of preparing the surface of a substrate containing carboxybetaine groups according to the present invention, which has increased resistance to undesired deposition of biological media components on the substrate surface, provides a very fast, cheap and efficient alleviation of undesirable biological media deposition problems over prior art solutions.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1: Obecný způsob úpravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové funkční skupinyExample 1: General method of surface treatment of a substrate containing carboxybetaine functional groups

V kroku (a) dochází k chemické aktivaci přítomných karboxybetainových skupin tím, že se karboxylové skupiny karboxybetainu převedou na aktivní NHS-ester nebo sulfo-NHS-ester reakcí s l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidem (EDC) a A-hydroxysukcinimidem (NHS) nebo sulfo-NHS. V kroku (b) dojde k inkubaci vzorku s roztokem obsahujícím bioaktivní látky (BAL), během které jsou tyto látky kovalentně navázány na některé z aktivních esterů vytvořených v kroku (a). V kroku (c) probíhá reakce těch aktivních NHS-esterů nebo sulfoNHS-esterů, které nezreagovaly s bioaktivní látkou, s molekulami kyseliny (2-aminoethoxy)octové. V průběhu inkubace vzorku svodným roztokem kyseliny (2-aminoethoxy)octové jsou tyto molekuly kovalentně navázány na povrch stálou amidickou vazbou.In step (a), the carboxybetaine groups present are chemically activated by converting the carboxybetaine carboxyl groups to the active NHS ester or sulfo-NHS ester by reaction with 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and A -hydroxysuccinimide (NHS) or sulfo-NHS. In step (b), the sample is incubated with a solution containing bioactive substances (BALs) during which these substances are covalently bound to some of the active esters formed in step (a). In step (c), the active NHS esters or sulfoNHS esters that have not reacted with the bioactive agent are reacted with (2-aminoethoxy) acetic acid molecules. During incubation of the sample with an aqueous solution of (2-aminoethoxy) acetic acid, these molecules are covalently bound to the surface by a permanent amide bond.

Příklad 2: Odolnost karboxybetainových polymerních kartáčů proti biologické depozici z neředěné krevní plazmy a potravinových vzorků po EDC/NHS aktivaci, a po reakci s deaktivačními činidlyExample 2: Resistance of carboxybetain polymer brushes to biological deposition from undiluted blood plasma and food samples after EDC / NHS activation, and after reaction with deactivating agents

Zlatý povrch čipu pro měření rezonance povrchových plasmonů (SPR), skleněná destička s napařenou vrstvou zlata o tloušťce 50 nm, byl metodou SI ATRP pokryt kartáčem z polyCBMAA nebo kartáčem z kopolymeru obsahujícího 15 mol. % CBMAA (poly(HPMAA-coCBMAA/15 mol. %)s tloušťkou v rozsahu 19 až 31 nm dle protokolu popsaného v PV 2015313. Následně byl čip opláchnut vodou a upevněn do komory SPR senzoru s 6 průtokovými mikrofluidními kanály. Karboxybetainové skupiny kartáče byly v 2. až 6. kanálu aktivovány reakcí svodným roztokem Λ-hydroxysukcmimidu (NHS; 0,1 M) a l-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)karbodiimidu (EDC; 0,5 M) 20 min při 2 °C (krok (a) v příkladu 1). Po oplachování vodou po dobu 5 min a PBS a vodou pH 8 (10 mM Na2HPO4, l,8mM KH2PO4, 137 mM NaCl, 2,7mM KC1, pH 7,4) 10 min byl aktivovaný kartáč vystaven působení roztoku glycinu (1 M, voda pH 8) 30 min v 3. kanálu, roztoku kyseliny (2-aminoethoxy)octové (0,1 M, voda pH 8) 30 min v 4. kanálu, roztoku ethanolaminu (1 M, voda pH 8) 30 min v 5. kanálu a deaktivačnímu pufru (lOmM borát sodný + lOmM imidazol + lOmM NaCl, pH 8) 40 min v 6. kanálu při 20 °C (krok (c) v příkladu 1). Tímto způsobem byl připraven SPR senzor, ve kterém 1. kanál obsahovalThe gold surface of the surface plasmon resonance (SPR) chip, a glass plate with a 50 nm thick steamed gold layer, was coated with a polyCBMAA brush or a copolymer brush containing 15 moles by the SI ATRP method. % CBMAA (poly (HPMAA-coCBMAA / 15 mol%) with a thickness in the range of 19 to 31 nm according to the protocol described in PV 2015313. Subsequently, the chip was rinsed with water and mounted in the SPR sensor chamber with 6 flow microfluidic channels. in channels 2 to 6 activated by reaction with aqueous solution of Λ-hydroxysuccinimide (NHS; 0.1 M) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC; 0.5 M) for 20 min at 2 ° C ( step (a) in Example 1) After rinsing with water for 5 min and PBS and water pH 8 (10 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 , 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, pH 7, 4) The activated brush was exposed to glycine solution (1 M, water pH 8) for 30 min in the 3rd channel, (2-aminoethoxy) acetic acid solution (0.1 M, water pH 8) for 30 min in the 4th channel , ethanolamine solution (1 M, water pH 8) for 30 min in channel 5 and deactivation buffer (10 mM sodium borate + 10 mM imidazole + 10 mM NaCl, pH 8) 40 min in channel 6 at 20 ° C (step (c) v Example 1) raven SPR sensor in which the first channel contained

-6CZ 307026 B6 neaktivovaný kartáč, 2. kanál kartáč po aktivaci, 3. kanál kartáč po deaktivaci glycinem, 4. kanál kartáč po deaktivaci kyselinou (2-aminoethoxy)octovou, 5. kanál kartáč po deaktivaci ethanolaminem a 6. kanál kartáč po deaktivaci deaktivačním pufrem. Vždy po modifikaci kartáče provedené v příslušném kanále byl kartáč opláchnut vodou 5 min a PBS 10 min, změřena SPR rezonanční vlnová délka (λ]) povrch byl inkubován s neředěnou krevní plazmou po dobu 10 min, opláchnut PBS a opět změřena λ2. Velikost biologického depositu v ng/cm2 byla vypočtena z rozdílu λ2-λ].-6GB 307026 B6 Non-activated brush, 2nd channel brush after activation, 3rd channel brush after deactivation with glycine, 4th channel brush after deactivation with (2-aminoethoxy) acetic acid, 5th channel brush after deactivation with ethanolamine and 6th channel brush after deactivation with deactivation buffer. Each time the brush was modified in the appropriate channel, the brush was rinsed with water for 5 min and PBS for 10 min, SPR resonance wavelength (λ) was measured. The surface was incubated with undiluted blood plasma for 10 min, rinsed with PBS and again measured λ 2 . The amount of biological deposit in ng / cm 2 was calculated from the difference λ 2 -λ].

Stejným způsobem byly na dalších čipech změřeny biologické deposity z komplexních vzorků potravin připravených homogenizací dle protokolu popsaného v ČSN ISO 7251 a ČSN EN ISO 6579. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 1 a 2.In the same way, biological deposits were measured on other chips from complex food samples prepared by homogenization according to the protocol described in ČSN ISO 7251 and ČSN EN ISO 6579. The results are shown in Tables 1 and 2.

Tabulka 1: Depozice z komplexních biologických roztoků na kartáč z poly(HPMAA-coCBMAA/15 mol. %) aktivovaný EDC/NHS a deaktivovaný deaktivačními činidly.Table 1: Deposition from complex biological solutions onto poly (HPMAA-coCBMAA / 15 mol%) brush activated with EDC / NHS and inactivated with deactivating agents.

Deaktivační činidlo Deactivating agent Depozit [ng/cm ] Deposit [ng / cm] Krevní plazma Blood plasma Mléko Milk Hamburger Hamburger Okurka Cucumber Před aktivací Before activation 4,9 ± 2,0 4.9 ± 2.0 3,1 3.1 0,0 0.0 0,0 0.0 Po aktivaci After activation 135,5 135.5 74,3 74.3 55,3 55.3 21,4 21.4 Glycin’1 Glycine ' 1 5,1 5.1 1,9 1.9 1,4 1.4 0,2 0.2 Kyselina (2-aminoethoxy)octová ’2 (2-Aminoethoxy) acetic acid 2 5,9 5.9 1,9 1.9 0,7 0.7 1,4 1.4 Ethanolamin Ethanolamine 14,8 14.8 11,4 11.4 6,6 6.6 1,4 1.4 Deaktivační pufr’4 Deactivation buffer 4 12,5 ±3,1 12.5 ± 3.1 5,8 5.8 2,4 2.4 3,4 3.4

*’ 1M glycin, pH 8, 30 min *2 lOOmM kyselina (2-aminoethoxy)octová, pH 5, 30 min *3 1M ethanolamin, pH 8, 30 min *4 lOmM borát sodný + lOmM imidazol + lOmM NaCl, pH 8, 40 min* '1 M glycine, pH 8, 30 min * 2 Loom acid (2-aminoethoxy) acetic acid, pH 5, 30 min * 3 1 M ethanolamine, pH 8, 30 min * 4 mM sodium borate + mM imidazole + mM NaCl, pH 8 , 40 min

Tabulka 2 Depozice z komplexních biologických roztoků na kartáč z polyCBMAA aktivovanýTable 2 Deposition from complex biological solutions onto polyCBMAA activated brush

EDC/NHS a deaktivovaný deaktivačními činidlyEDC / NHS and deactivated with deactivating agents

Deaktivační činidlo Deactivating agent 2 Depozit [ng/cm ] 2 Deposit [ng / cm] Krevní plazma Blood plasma Mléko Milk Hamburger Hamburger Okurka Cucumber Před aktivací Before activation 9,6 ±1,3 9.6 ± 1.3 10,7 10.7 4,1 4.1 10,9 10.9 Ihned po aktivaci Immediately after activation 222,7 222.7 897,6 897.6 73,1 73.1 135,5 135.5 Glycin’1 Glycine ' 1 75,7 75.7 317,9 317.9 11,2 11.2 13,6 13.6 Kyselina (2-aminoethoxy)octová (2-Aminoethoxy) acetic acid 71,9 71.9 316,1 316.1 14,6 14.6 11,1 11.1 Ethanolamin’3 Ethanolamine ' 3 90,4 90.4 364,6 364.6 16,3 16.3 15,1 15.1 Deaktivační pufr’4 Deactivation buffer 4 92,9 92.9 380,8 380.8 63,9 63.9 43,4 43.4

*' 1M kyselina *2 lOOmM kyselina (2-aminoethoxy)octová, pH 5, 30 min *3 1M ethanolamin, pH 8, 30 min *4 lOmM borát sodný + lOmM imidazol + lOmM NaCl, pH 8, 40 min* '1 M acetic acid * 2 Loom (2-aminoethoxy) acetic acid, pH 5, 30 min * 3 1 M ethanolamine, pH 8, 30 min * 4 mM sodium borate mM imidazole + + mM NaCl, pH 8, 40 min

Tabulky 1 a 2 ukazují signifikantně sníženou depozici ze všech testovaných biologických vzorků na oba typy karboxybetainových polymerních kartáčů po deaktivaci kovalentním navázáním aminokyselinových činidel (glycin nebo NH2-CH2-CH2-O-CH2-COOH) oproti zavedené deaktivaci hydrolýzou v deaktivačním pufru nebo navázáním ethanolaminu.Tables 1 and 2 show significantly reduced deposition from all biological samples tested on both types of carboxybetain polymer brushes after inactivation by covalent coupling of amino acid reagents (glycine or NH 2 -CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -COOH) compared to the inactivated inactivation by hydrolysis in the deactivation buffer or by ethanolamine binding.

Claims (9)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Způsob přípravy povrchu substrátu obsahujícího karboxybetainové skupiny, se zvýšenou odolností proti nežádoucí depozici složek biologických médií na povrch substrátu, obsahující kroky:A method of preparing a surface of a substrate containing carboxybetaine groups, with increased resistance to undesirable deposition of biological media components on the substrate surface, comprising the steps of: a) chemická aktivace karboxybetainových skupin na povrchu substrátu převedením karboxylové skupiny karboxybetainu na aktivní ester;(a) chemical activation of carboxybetain groups on the surface of the substrate by converting the carboxyl group of the carboxybetain to the active ester; b) kovalentní navázání bioaktivní látky reakcí její aminoskupiny s aktivním esterem připraveným v kroku a), vyznačený tím, že po kroku b) se provede krok c), ve kterém produkt z kroku b) reaguje s kyselinou (2-aminoethoxy)octovou, kdy s kyselinou (2-aminoethoxy)octovou reagují aktivní estery, na nichž nedošlo v kroku b) ke kovalentnímu navázání bioaktivní látky.b) covalently attaching the bioactive agent by reacting its amino group with the active ester prepared in step a), characterized in that after step b) step c) is carried out in which the product of step b) is reacted with (2-aminoethoxy) acetic acid, active esters are reacted with (2-aminoethoxy) acetic acid and the bioactive agent is not covalently bound in step b). 2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že krok c) se provede tak, že se nejprve produkt z kroku b) opláchne pufrem, který byl použit jako rozpouštědlo v kroku b), následně seMethod according to claim 1, characterized in that step c) is carried out by first washing the product of step b) with the buffer used as solvent in step b), then -8CZ 307026 B6 opláchne pufrem, který bude použit v následujícím kroku k inkubaci, následně se produkt inkubuje s roztokem kyseliny (2-aminoethoxy)octové v pufru, následně se opláchne pufrem použitým k inkubaci, a následně se opláchne roztokem, do kterého je pak vložen pro skladování, nebo vodou a vysuší se.307026 B6 is rinsed with the buffer that will be used in the next incubation step, then the product is incubated with a solution of (2-aminoethoxy) acetic acid in the buffer, followed by rinsing with the buffer used for incubation, followed by rinsing with the solution loaded for storage or with water and dried. 3. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že bioaktivní látka je látka obsahující alespoň jednu NH2 skupinu a selektivně interagující s cílovou složkou biologického média, s výhodou je bioaktivní látkou látka s afinitou k cílové složce, vybraná ze skupiny zahrnující protilátku, antigen, lektin, buněčný receptor a jejich analogy, části připravené rekombinantní technikou, syntetické oligopeptidové sekvence, nukleové kyseliny a jejich části, syntetické oligonukleotidové sekvence, aptamery; látka kataiyzující chemickou přeměnu cílové látky, vybraná ze skupiny zahrnující enzymy, koenzymy a jejich syntetické analogy; látka vyvolávající biologickou odezvu, vybraná ze skupiny zahrnující antikoagulanty, proteiny a oligopeptidové sekvence reagující s buněčnými integriny, růstové faktory, hormony a léčiva.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bioactive agent is a substance comprising at least one NH 2 group and selectively interacting with a target component of the biological medium, preferably the bioactive agent is a substance with affinity for the target component selected from the group comprising an antibody, antigen, lectin, cell receptor and analogs thereof, recombinantly prepared portions, synthetic oligopeptide sequences, nucleic acids and portions thereof, synthetic oligonucleotide sequences, aptamers; a chemical catalysing agent for a target substance selected from the group consisting of enzymes, coenzymes, and synthetic analogs thereof; a biological response agent selected from the group consisting of anticoagulants, proteins and oligopeptide sequences responsive to cellular integrins, growth factors, hormones, and drugs. 4. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že biologické médium je tekutina obsahující biomolekuly a jejich asociáty, vybrané ze skupiny zahrnující proteiny, sacharidy, polysacharidy, lipidy, nukleové kyseliny, lipoproteiny, glykoproteiny, organely; buňky, viry a mikroorganismy a/nebo jejich fragmenty.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the biological medium is a fluid containing biomolecules and their associates selected from the group consisting of proteins, carbohydrates, polysaccharides, lipids, nucleic acids, lipoproteins, glycoproteins, organelles; cells, viruses and microorganisms and / or fragments thereof. 5. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že karboxybetainové skupiny jsou obsaženy v polymemí vrstvě na povrchu substrátu, vybrané ze skupiny obsahující polymemí kartáč, připravený polymerací z povrchu nebo roubováním polymerů na povrch substrátu, a polymemí povlak, přičemž s výhodou má tato vrstva tloušťku v rozmezí od 5 nm do 5 pm.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the carboxybetaine groups are contained in a polymer layer on the surface of the substrate selected from the group comprising a polymer brush prepared by polymerizing or grafting polymers onto the surface of the substrate, and preferably having a polymer coating. this layer has a thickness ranging from 5 nm to 5 µm. 6. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že polymemí vrstva obsahuje alespoň jeden polymer obsahující karboxybetainové skupiny.6. The process of claim 5 wherein the polymer layer comprises at least one polymer containing carboxybetaine groups. 7. Způsob podle nároku 5, vyznačený tím, že polymemí vrstvou obsahující karboxybetainové skupiny je polymemí kartáč z poly(karboxybetain methakrylamid)u, poly(karboxybetain methakrylát)u, poly(karboxybetain akrylamid)u nebo kopolymeru poly(A-co-B), kde A je monomemí jednotka ze skupiny /V-(2-hydroxypropyl) methakrylamid, 2-hydroxyethyl methakrylát, 3-hydroxypropyl methakrylát a oligo(hydroxyethylen glykol) methakrylát a B je monomemí jednotka ze skupiny karboxybetain methakrylamid, karboxybetain methakrylát a karboxybetain akrylamid v koncentraci od 1 do 99 % mol.The method of claim 5, wherein the polymer layer containing carboxybetaine groups is a polymer brush of poly (carboxybetaine methacrylamide), poly (carboxybetaine methacrylate), poly (carboxybetaine acrylamide) or poly (A-co-B) copolymer. wherein A is a monomeric unit of the group N - (2-hydroxypropyl) methacrylamide, 2-hydroxyethyl methacrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate and oligo (hydroxyethylene glycol) methacrylate and B is a monomeric unit of the group carboxybetain methacrylamide, carboxybetain methacrylate and carboxybetain concentration from 1 to 99 mol%. 8. Způsob podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačený tím, že substrát je vybraný ze skupiny zahrnující částice s výhodou o velikosti v rozmezí od 5 nm do 1 mm, porézní membrány, nosiče buněk a biosenzory.Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate is selected from the group consisting of particles preferably in a size range of 5 nm to 1 mm, porous membranes, cell carriers and biosensors. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačený tím, že substrátem je detekční povrch biosenzoru pro přímou detekci nebo vícestupňovou detekci analytů v komplexních biologických médiích.The method of claim 8, wherein the substrate is a biosensor detection surface for direct or multi-step detection of analytes in complex biological media.
CZ2016-361A 2016-06-17 2016-06-17 A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups CZ307026B6 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-361A CZ307026B6 (en) 2016-06-17 2016-06-17 A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups
PCT/CZ2017/050025 WO2017215683A1 (en) 2016-06-17 2017-06-16 Method of preparation of a substrate containing carboxybetaine groups and bound bioactive substances which is resistant against undesirable deposition from biological media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2016-361A CZ307026B6 (en) 2016-06-17 2016-06-17 A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2016361A3 CZ2016361A3 (en) 2017-11-22
CZ307026B6 true CZ307026B6 (en) 2017-11-22

Family

ID=59626407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2016-361A CZ307026B6 (en) 2016-06-17 2016-06-17 A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups

Country Status (2)

Country Link
CZ (1) CZ307026B6 (en)
WO (1) WO2017215683A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3832307A4 (en) * 2018-07-31 2021-11-17 FUJIFILM Corporation Solid phase carrier and kit
CZ309314B6 (en) * 2020-05-14 2022-08-17 Fyzikální Ústav Av Čr, V. V. I. Polymer brush containing terpolymer for use against non-specific adsorption of substances from biological media
CZ309305B6 (en) * 2021-03-22 2022-08-10 Fyzikální Ústav Av Čr, V. V. I. A procedure for increasing the resistance of a functionalized substrate containing carboxybetaine functional groups to unwanted deposition from biological media

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003083040A2 (en) * 2001-07-30 2003-10-09 Sts Biopolymers, Inc. Graft polymer matrices
WO2009130233A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Basf Se Modified halogenated polymer surfaces
US7943370B2 (en) * 2007-08-23 2011-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Structure, target substance detection element and target substance detection kit

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5395587A (en) 1993-07-06 1995-03-07 Smithkline Beecham Corporation Surface plasmon resonance detector having collector for eluted ligate
EP2104846A2 (en) 2006-12-29 2009-09-30 The University of Washington Dual-functional nonfouling surfaces and materials
US10031138B2 (en) 2012-01-20 2018-07-24 University Of Washington Through Its Center For Commercialization Hierarchical films having ultra low fouling and high recognition element loading properties
CN105188799A (en) 2013-04-01 2015-12-23 西托索尔本茨公司 Hemocompatibility modifiers for cross-linked polymeric material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003083040A2 (en) * 2001-07-30 2003-10-09 Sts Biopolymers, Inc. Graft polymer matrices
US7943370B2 (en) * 2007-08-23 2011-05-17 Canon Kabushiki Kaisha Structure, target substance detection element and target substance detection kit
WO2009130233A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Basf Se Modified halogenated polymer surfaces

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chou Y.-N. a kol.:"Ultra-low fouling and high antibody loading zwitterionic hydrogel coatings for sensing and detection in complex media", Acta Biomaterialia 2016, 40, 31-37 (publ. online 16.4.2016) *
Lísalová H. a kol.:"Ultralow-fouling behavior of biorecognition coatings based on carboxy-functional brushes of zwitterionic homo- and co-polymers in blood plasma: functionalization matters", Analytical Chemistry, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.6b04731, 24.2.2017 *
Vaisocherová H. a kol.:"Functionalized ultra-low fouling carboxy- and hydroxy-functional surface platforms: functionalization capacity, biorecognition capability and resistance to fouling from undiluted biological media", Biosensors and Bioelectronics 2014, 51, 150-157 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017215683A1 (en) 2017-12-21
CZ2016361A3 (en) 2017-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baggerman et al. Romantic surfaces: a systematic overview of stable, biospecific, and antifouling zwitterionic surfaces
CZ2015313A3 (en) Polymeric brushes resistant to deposition of biological media components, process for their preparation and their use
Goddard et al. Polymer surface modification for the attachment of bioactive compounds
JP5042820B2 (en) Articles with bioactive surfaces and methods for their solvent-free preparation
VandeVondele et al. RGD‐grafted poly‐l‐lysine‐graft‐(polyethylene glycol) copolymers block non‐specific protein adsorption while promoting cell adhesion
EP0988071B1 (en) Treating metal surfaces to enhance bio-compatibility and/or physical characteristics
EP2340057B1 (en) Immobilised biological entities
US20060030669A1 (en) Thermally-reactive polymers
US20110008404A1 (en) Modification Of Biomaterials With Microgel Films
Roeven et al. PLL–poly (HPMA) bottlebrush-based antifouling coatings: three grafting routes
Wiarachai et al. Clickable and Antifouling Platform of Poly [(propargyl methacrylate)-ran-(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine)] for Biosensing Applications
CZ293637B6 (en) Process for coating surface of an object with hyaluronic acid or derivative thereof
Coad et al. Immobilized streptavidin gradients as bioconjugation platforms
CZ307026B6 (en) A method of preparing a surface of a substrate comprising carboxybetaine functional groups
Chen et al. The impact of antifouling layers in fabricating bioactive surfaces
JP2022525305A (en) Zwitterion copolymer coating and its method
Chou et al. Bioinspired pseudozwitterionic hydrogels with bioactive enzyme immobilization via pH-responsive regulation
JP6788796B2 (en) Antithrombotic metal material
Kitano et al. Polymer brush with pendent glucosylurea groups constructed on a glass substrate by RAFT polymerization
Thalla et al. A versatile star PEG grafting method for the generation of nonfouling and nonthrombogenic surfaces
JP5543179B2 (en) Label independent detection biosensor composition and method
Sharma et al. Nanostructured antifouling poly (ethylene glycol) films for silicon-based microsystems
Matsuda et al. Photoiniferter-based thermoresponsive graft architecture with albumin covalently fixed at growing graft chain end
Chou et al. Zwitterionic Surface Modification of Aldehydated Sulfobetaine Copolymers for the Formation of Bioinert Interfaces
Delgado et al. Surface sulfonates lock serum albumin into a “hard” corona